El paramagnetismo es una forma de magnetismo que aparece sólo con la aplicación de un campo magnético. En ausencia de un campo magnético externo, los dipolos






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fecha de publicación21.12.2015
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Paramagnetismo

Ángel Penabad Penabad

Definición

El paramagnetismo es una forma de magnetismo que aparece sólo con la aplicación de un campo magnético. En ausencia de un campo magnético externo, los dipolos magnéticos que componen el material están orientados al azar (fig.1), pero cuando aplicamos un campo magnético al material, dichos dipolos tienden a alinearse en la dirección del campo magnético. Esta alineación se ve afectada por la temperatura, de forma que si se calienta el material, la agitación térmica contrarresta el efecto del campo magnético, es decir, los momentos magnéticos tienden a orientarse caóticamente.



Figura 1. Disposición de los momentos magnéticos en un material paramagnético.

El origen de dichos dipolos o momentos magnéticos reside en el momento debido al giro de los electrones desapareados de la capa de valencia.

Características

Lo descrito anteriormente implica que los materiales paramagnéticos poseen las siguientes características, que los diferencian de otras clases de materiales magnéticos:

  • Poseen una susceptibilidad magnética Xm aproximadamente cero (del orden de 10−3 a 10−5), pero positiva.

  • Su permeabilidad magnética µ es ligeramente superior a la del vacío (µ0); es decir mayor que la unidad (fig.2).



Figura 2. Permeabilidad magnética de los distintos materiales en relación a la del vacío.

  • A temperatura ambiente, y en ausencia de campo, no son magnéticos.

Esto provoca que solo una pequeña fracción de los dipolos que componen el material se oriente con el campo magnético, y dicha fracción será proporcional a la fuerza de dicho campo, esto es, la magnetización del material es directamente proporcional a la intensidad de campo magnético según la Ley de Curie:



Donde:

X = susceptibilidad magnética relativa = 1+Xm

C = constante de Curie

T = Temperatura (K)

Podemos observar según la Ley de Curie como la susceptibilad magnética, y en consecuencia, la ordenación de los dipolos magnéticos del material es inversamente proporcional a la temperatura.

Entre los distintos materiales paramagnéticos, podemos destacar los siguientes y sus valores de susceptibilidad magnética:

Material

Ti

Pt

Ca

Al

Na

O

Xm (x10-6)

1.25

1.10

1.10

0.65

7.2

106.2

Tabla 1. Valores de susceptibilidad magnética de distintos materiales.

Además de los materiales paramagnéticos, cabe señalar que existe un tipo de ellos denominado superparamagnéticos, que son aquellos que a pesar de seguir la Ley de Curie, el valor de la constante de Curie tiene un valor relativamente alto. Además, a nivel microscópico, son ordenados.

Aplicaciones industriales del paramagnetismo

El hecho de que los materiales paramagnéticos se comporten en presencia de campos magnéticos de forma similar a la del vacío, limita mucho sus aplicaciones industriales.

Una de las aplicaciones más importantes del paramagnetismo la encontramos en la Resonancia Paramagnética Electrónica (RPE), de gran aplicación en distintos campos de la física y la química, e incluso la arqueología.

La resonancia paramagnética electrónica es una técnica espectroscópica que permite detectar especies con electrones no apareados. Ello la ha convertido en la técnica preferida para el estudio de los iones metálicos y sus propiedades, así como para el estudio de las reacciones de radicales libres. Algunas de las áreas donde se emplea esta técnica son: fermentaciones, producción industrial de polímeros, desgaste de aceite de motor, producción de cerveza y la predicción del tiempo de vida de alimentos en el anaquel.

Dicho estudio de las reacciones de radicales libres es uno de los fundamentos de la datación de restos arqueológicos mediante el análisis de radicales libres existentes en dentaduras, debido a la larga exposición de los restos a radiación ionizante.

Además, nos encontramos con otras aplicaciones basadas en el hecho de que un material paramagnético necesite de fuertes campos magnéticos para que la fuerza de atracción que sufran sea grande. Esto permite que sean fácilmente separables de materiales ferromagnéticos (que sufren una fuerte atracción incluso con campos magnéticos pequeños); o incluso para una posterior separación de dichos elementos una vez hemos eliminado los materiales ferromagnéticos mediante la aplicación de campos magnéticos más grandes. Esto tiene una gran utilidad para separar los distintos metales que pueden componer, por ejemplo, la chatarra en una planta de reciclaje.

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